40T焊接滚轮架设计说明-毕业设计.doc

1 绪 论1.1 焊接设备概述焊接机械装备就是在焊接生产中与焊接工序相配合，有利于实现焊接生产机械化，自动化，有利于提高装配焊接质量，促使焊接生产过程加速进行的各种辅助装置和设备。这里称之为辅助装置和设备是为了与焊机相区别。焊机是焊接过程中的核心装备，它包括焊接电源，焊接控制箱，焊接机头等，有自己的独立系统，不属于焊接机械装备的范畴。而焊接机械装备相对焊机处于辅助的地位，是配合焊机进行焊接生产的装置和设备。它包括的范围较广，按用途分，主要有焊接工装夹具、焊接变位机械和焊接输送机械三个方面，其次还有导电装置、焊剂输送与回收装置、坡口准备及焊缝清理精整装置等。他们又是焊接机械装备的从属装置。焊接机械装备可分为四大类：1.焊接工装夹具2.焊接变位机械3.焊接输送机械4.其他从属装置。其中：（1）焊接工装夹具（按动力源分类）可分为：手动夹具、气动夹具、液压夹具、 磁力夹具、电动夹具、真空夹具和混合式夹具；（2）焊接变位机械可分为：焊工变位机械 、机变位机械、焊件变位机械，其中焊件变位机械可分为：焊接变位机、焊接回转台、焊接翻转机、焊接滚轮架；（3）焊件输送机械可分为：上料装置、配料装置、卸料装置、传送装置、各种专用吊具；（4）其他从属装置可分为：导电装置、焊剂输送与回收装置、焊丝清理及盘丝装置和埋弧焊焊剂垫等。焊机变位机械是改变焊接机头空间位置进行焊接作业的机械设备。它主要包括焊接操作机和电渣焊立架。 焊接操作机的结构形式很多，使用范围很广，常与焊件变位机械相配合，完成各种焊接作业。若更换作业机头，还能进行其他的相应作业。焊接变位机械是改变焊件、焊机或焊工空间位置来完成机械化、自动化焊接的各种机械设备。使用焊接变位机械可缩短焊接辅助时间，提高劳动生产卒，减轻工人劳动强度，保证和改善焊接质量，并可充分发挥各种焊接方法的效能。焊接变位机械的分类及各类所属设备如下：焊件变位机械：焊接变位机、焊接滚轮架、焊接回转台、焊接翻转机；焊机变位机械：焊接操作机、电渣焊立架；焊工变位机械：焊工升降台。各种焊接变位机械都可单独使用，但在多数场合是相互配合使用的，它们不仅用于焊接作业，也可用于装配、切割、检验、打磨、喷漆等作业。1.2焊接工装夹具概述焊接工装夹具是将焊件准确定位并夹紧用于装配和焊接的工艺装备。在焊接结构生产中，装配和焊接是两道重要的生产工序，根据工艺通常以两种方式完成这两道工序，一种是先装配后焊接；一种是边装配边焊接。我们把用来装配以进行定位焊的央具称做装配夹具；专门用来焊接焊件的夹具称做焊接夹具；把既用来装配又用来焊接的夹具称做装焊夹具。它们统称为焊接工装夹具。焊接工装夹具按动力源分为七类：电动夹具、真空夹具、磁力夹具、液压夹具、气动夹具、手动夹具一个完整的夹具，是由定位器、夹紧机构、夹具体三部分组成的。在装焊作业中，多使用在夹具体上装有多个不同夹紧机构和定位器的复杂夹具(又称为胎具或专用夹具)。其中，除夹具体是根据焊件结构形式进行专门设计外，夹紧机构和定位器多是通用的结构形式。1.2.1焊接工装夹具的特点 焊接工装夹具的特点，是由装配焊接工艺和焊接结构的形式决定的，与机床夹具比较有如下特点： （1)由于焊件一般由多个简单零件组焊而成，而这些零件的装配和定位焊，在焊接工装夹具上是按顺序进行的，因此，它们的定位和夹紧是一个个单独进行的。而机床夹具是对一个待机械加工的整体毛坯进行一次定位和夹紧。 （2)在焊接过程中，零件会因焊接加热而伸长或因冷却而缩短，为了减少或消除焊接变形，要求工装夹具能对某些零件给予反变形或者作刚性的夹固；为了减少焊接应力，又要允许某些零件在某一方向可以自由伸缩。因此，焊接工装夹具不是对所有的零件都作刚性的夹固。 机床夹具则不然，除少数加工长件的夹具，如加工光杆用的顶尖，要考虑工件机械加工时的热变形对其作游动夹固外，夹具均对工件作刚性夹固。 （3)对机床夹具而言，加工后的工件，尺寸减小，重量减少，更便于从夹具上取下。对焊接工装夹具而言，装焊完的结构，尺寸增大，重量增加，形状变得复杂，增加了从工装夹具上卸下的难度。 （4)对用于熔焊的夹具，工作时主要承受焊件的重力、焊接应力和央紧力，有的还要承受装配时的锤击力；用于压焊的夹具还要承受顶锻力。而机床夹具主要承受工件的部分重力和切削力，且此切削力远远小于焊接工装夹具所承受的各种力。 （5)与机床夹具不同，焊接工装夹具往往是焊接电源二次回路的一个组成部分，因此绝缘和导电是设计中必须注意的一个问题。例如，在设计电阻焊用的夹具时，如果绝缘处理不当，将引起分流，使接头强度降低。但对机床夹具而言，除电加工所用夹具外，不存在导电的问题。焊接结构件的种类繁多，形状尺寸各异，焊接过程的要求也不尽相同，与之相匹配的焊接工装为适应焊件的需要在形式，工作原理及技术要求上也有很大的差别。为了适应技术管理工作的需要，便于掌握各类焊接工装的工作特点和设计基本方法，就必须先对焊接工装进行分类。1.2.2焊接工装夹具的分类可以按用途与应用范围对常见焊接机械进行分类 按用途分类： （1）装配用工艺装备。这类工装的主要任务是按照工艺要求，把待焊工件的零部件按照相互之间的位置准确的固定下来，然后再进行定位点焊，而不直接参与正式的焊接工作。这类工装称为装配定位焊夹具，它包括各位定位器，夹紧器，推拉装置，组合夹具和装配台架。 （2）焊接用工艺装备。这类工装专门用来焊接已经经过点焊固定好的工件。如各类焊接专机，龙门式，悬臂式，平台式，爬行式等。 （3）装配焊接工艺装备。这类工装既能完成整个焊件的装配，又能完成焊缝的焊接工作。这类工装通常是专用焊接机床或自动焊接装置，或者是装配焊接的综合机械化装置，如一些自动焊接生产线。 实际生产中一个焊件如果要完成焊接工作，单单依靠一个工装一般是难于完成的，而是需要许多种焊接工装的配合使用，这样才能达到焊接过程的机械化和自动化。 按应用范围分类 （1）通用焊接工装。目前国家针对焊接工艺中的需求已经指定了很多的标准，如滚轮架行业的JB/T 9187标准等。所谓通用焊接工装，既是指已经标准化且有较大适用范围的工装。这类工装一般无须调整或稍加调整，就能适用与不同工件的装配或焊接工件。 （2）专用焊接工装。只适用与某一特定类型的工件的装配或焊接，一般不能通用。这类焊接工装一般应按需求来设计，或者在专门厂家协商定做。 （3）柔性焊接工装。指可以通过调整自身的尺寸来适应一定形状和尺寸变化的焊接工装。 此外还有按动力装置分类，按焊接方法分类等，再次就不详细说明了。1.3焊接滚轮架概述1.3.1焊接滚轮架的作用焊接滚轮架是借助主动滚轮与焊件之间的摩接力带动焊接旋转的变位机械。焊接滚轮架主要用于筒形焊件的装配与焊接。若对主、从动滚轮的高度作适当调整，也可进行锥体、分段不等径回转体的装配与焊接。对于一些非圆长形焊件，若将其装卡在特制的环形卡箍内，也可在焊接滚轮架上进行装焊作业。为了焊接不同直径的焊件，焊接滚轮架的滚轮间距应能调节。焊接滚轮架的使用能大大提高焊缝质量，减轻劳动强度，提高生产效率。1.3.2焊接滚轮架的分类焊接滚轮架按照调节方式分，有两种类型：一种是自调式的；一种是非自调式的。自调式的可根据焊件的直径自动调整滚轮的间距,如图1.1；图1.1 自调式焊接滚轮架非自调式滚轮架是通过调节支架上的滚轮座来调节滚轮的间距的，如图1.2。 图1.2 非自调式焊接滚轮架电焊机行业总体经济运行良好，生产、销售和经济效益呈逐年上升趋势。所以，该课题的研究是焊接滚轮架按结构形式分为两类：第一类是长轴式滚轮架。滚轮沿两平行轴排列，与驱动装置相连的一排为主动滚轮，另一排为从动滚轮。长轴式滚轮多是用户根据焊件特点自行设计制造的，市场可采用的定型产品很少。第二类是组合式滚轮架，它的主动滚轮架，从动滚轮架，混合式滚轮架都是独立的，使用时可根据焊件的重量和长度进行任意组合，其组合比例也不仅是1与1的组合。因此，使用方便灵活，对焊件的适应性很强，是目前应用最广泛的结构形式。1.3.3焊接滚轮架的发展现状国外滚轮架品种很多，系列较全，承载量11500t，使用焊件直径1-8m的标准组合滚轮架均成系列供应，滚轮线速度多在690m/h之间无极可调，有的还有防止轴向窜动的功能。我国已有不少厂家生产焊接滚轮架，最大承载量达到400t，适用焊件最大直径达到6m，滚轮线速度多在660m/h之间无极可调，防轴向窜动滚轮架已有厂家生产，但质量仍有待提高 1.4课题背景1.4.1本课题研究的目的和意义本课题来自于生活实践，焊接滚轮架是借助焊件与主动滚轮间的摩擦力来带动圆筒形（或圆锥形）焊件旋转的装置，是一种焊接辅助设备。特点是在焊接过程中施加压力而不加填充材料。多数压焊方法如扩散焊、高频焊、冷压焊等都没有熔化过程，因而没有象熔焊那样的有益合金元素烧损，和有害元素侵入焊缝的问题，焊接滚轮架 从而简化了焊接过程，也改善了焊接安全卫生条件。同时由于加热温度比熔焊低、加热时间短，因而热影响区小。滚轮架行业目前存在的问题是：新产品开发力度小，品种少,大多为相互仿制的状况。一些技术含量低的同类产品处于低水平、低价格的竞争，使企业陷入利润极低的状况，很难再自我发展。有较强综合实力，能为推动行业发展，在行业自律中发挥积极作用的企业少。行业整体协调能力差。 但是从对有代表性的近百家企业长期调查情况看，相当必要的。1.4.2本课题的主要研究内容根据焊接工艺要求，设计小型焊接滚轮架. 绘制出全套工程图纸. 完成设计计算并编写说明书.2焊接滚轮架总体方案设计2.1设计要求及原始参数额定载重量：40T工件直径5005300mm2.2设计方案分析及确定方案一：滚轮架类型：长轴式滚轮架滚轮沿两平行轴排列，与驱动装置相联的一排为主动滚轮，另一排为从动滚轮。也有两排均为主动滚轮的，主要用于细长薄型焊件的组对与焊接，一般由用户根据焊件情况设计定制。如图2.1. 图2.1 长轴式滚轮架驱动方案：一台电动机带动两个滚轮，即用一台发动机带动两排滚轮，实现两排均为主动轮的传动方案。方案二：滚轮架类型：组合式滚轮架组合式滚轮架,如图2.2,的主动滚轮架，从动滚轮架，混合式滚轮架都是独立的，使用时可根据焊件的重量和长度进行任意组合，其组合比例也不仅是1与1的组合。因此，使用方便灵活，对焊件的适应性很强，是目前应用最广泛的结构形式。 图2.2 组合式滚轮架驱动方案：一台电动机只驱动一个滚轮架，如图2中的c图即为一台电动机驱动一个滚轮。方案的选定：确定焊接滚轮架方案时，其合理性和经济性是主要考虑的因素。当焊件的焊接方法及工艺确定后，所选夹具结构，首先要能保证焊接工艺的实施。同时，焊件结构尺寸以及组成焊件坯料的制作工艺和制造精度，则是确定夹具定位方法、定位基准和夹紧机构方案的重要依据。除此之外，还应考虑经济上的因素，使夹具的制造、使用费用最低而取得的经济效益最大。由于上述各因素都不是孤立存在的，它们之间往往有联系又有制约，所以在确定夹具方案时要对上述各因素进行综合分析，只有通盘考虑，才能制定出最佳的设计方案具体确定设计方案时，应联系以下几个方面进行考虑： （1)焊件的整体尺寸和制造精度以及组成焊件的各个坯件的形状、尺寸和精度。其中形状和尺寸是确定夹具设计方案、夹紧机构类型和结构形式的主要依据，并且直接影响其几何尺寸的大小；制造精度是选择定位器结构形式和定位器配置方案以及确定定位器本身制造精度和安装精度的主要依据。 （2)装焊工艺对夹具的要求。例如与装配工艺有关的定位基面装配次序、夹紧方向对夹具结构提出的要求。再如，不同的焊接方扫对夹具提出的要求，像埋弧焊，可能要求在夹具上设置焊剂垫；电渣焊要求夹具保证能在垂直位置上施焊；电阻焊要求夹具本身就是电极之一等。 （3)装、焊作业能否在同一夹具上完成，或是需要单独设计装固夹具和焊接夹具。相比于长轴式焊接滚轮架，组合式滚轮架有以下特点： （1)主从动滚轮架各自独立，可根据焊件的重量，长度任意组合，使用方便灵活,滚轮架靠滚轮对的自由摆动或靠丝杠的调节作用在规定范围内调节滚轮中心距，适用不同直径的焊件，圆筒体焊件放置平稳. （2)可无级调速，焊速范围大，速度稳定。（3)为了便于调节滚轮架之间的距离，以适应不同长度焊件的装焊要求，有的滚轮架上还安有机动或飞机动行走机构，沿轨道行走，调节相互之间的距离。为使焊接滚轮架的滚轮间距离调节更为方便，机动性更强，组合更加便利，采用单独驱动的焊接滚轮架日益增多。但是每一主动滚轮均由一台电动机驱动时，应解决好个滚轮之间的同步问题。由于制造工艺，材料性能等因素的影响，其额定转速实际上并不一致，因此，要把实测数据较为接近的一组电动机做为焊接滚轮架的拖动电动机。另外，对重型焊接滚轮架，还应考虑以测速发电机为核心的速度反馈装置来保证各滚轮转速的同步。综上所述，最终选择方案二：组合式滚轮架，一台电动机驱动一个主动轮。2.3传动方案的确定 进行传动方案设计时，应该综合考虑设计及制造费用，原材料消耗，使用寿命，管理及维护费用等多方面因素的影响，使设计制造费用达到最低。传动的过程即为一个减速的过程，由于电机到滚轮的传动比较大，故选用三级减速，一级皮带轮减速，由于电机振动较大，故采用一级V带减速，以减小传动到减速器的振动，从而提高整个系统的稳定性及寿命，V带传动还具有结构简单、传动平稳、造价低廉、不需要润滑以及缓冲、易维护等特点，同时，V带传动在系统过载时能起到过载保护作用。对于带传动，一般安排在传动链中的高速级，以发挥其缓冲和减小振动的作用。一级减速器减速，减速器具有较高的减速比，同时.体积小、重量轻、精度高、承载能力大、效率高、寿命长、可靠性高、传动平稳、噪音低。一级蜗轮蜗杆减速，最后采用一级蜗轮蜗杆减速，即实现了传动方向的改变，又有较高的减速比。蜗轮蜗杆和减速器的使用使得传动系统结构更加紧凑。传动方案如图2.3所示： 图2.3 传动系统示意图3 焊接滚轮架滚轮的几种结构和功能分析3.1滚轮的几种结构和功能分析滚轮架的滚轮结构主要有四种类型，不同类型滚轮的特点及其适用范围如表3.1所示表3.1 滚轮形式选择类型 特点 使用范围钢轮承载能力强，制造简单一般用于重型焊件和需预热处理的焊件以及额定在和大于60t的滚轮架胶轮钢轮外包橡胶，摩擦力大，传动平稳但橡胶易压坏一般用于10t以下的焊件和有色金属容器组合轮钢轮与橡胶轮相结合，承载能力比橡胶轮高，传动平稳一般多用于1060t的焊件履带轮大面积履带和焊件接触，有利于防止薄壁工件的变形，传动平稳但结构较复杂。用于轻型，薄壁大直径的焊件及有色金属容器3.2滚轮尺寸及中心距确定3.2.1滚轮尺寸的确定设计要求滚轮架载重40T，工件简体直径500mm-5300mm，结合表3.2选择滚轮直径D=630mm。表3.2 滚轮直直径选择参考表 如图3.1所示。滚轮直径为630mm，宽280mm。滚轮中间采用橡胶来增大摩擦力，作为驱动，宽140mm；两边采用钢轮，作为承重，宽70mm。 图3.1 滚轮结构图3.2.2滚轮中心距的确定当中心角的>130时支反力和圆周力急剧增大，相反，当角太小时，滚轮架上的筒体焊件放置有可能不稳定。因此在实际应用中为使焊件在滚轮架上获得可靠的稳定性，并保证焊件可以平稳的转动应小于40度我国制定的焊接滚轮架行业标准（ZBJ/T33003-1990）中规定中心角应在45度到110度之间。当焊件直径为500mm时要保证中心角小于110°，则：根据公式：得，L<925mm; (3.1)当焊件直径为500mm时要保证中心角大于55°，则：根据公式：得，L>432mm; (3.2)当焊件直径为5300mm时要保证中心角小于110°，则：根据公式：得，L<4856mm;当焊件直径为5300mm时要保证中心角大于55°，则：根据公式：得，L>2268mm。综上：当焊件直径为500mm时，432mm<L<925mm;当焊件直径为5300mm时，2268<L<4856mm。再综合考虑经济效益、空间占用、方便运输等因素，取中心距调节范围： 500mm<L<2500mm4 焊接滚轮架传动部分的设计4.1电动机的选择焊接滚轮架多采用直流电动机驱动，降压调速。这种方式沿用已久，技术很成熟，电动机的机械特性较硬，启动力矩较大，是目前滚轮架使用最广的拖动调速方式。缺点是电动机结构复杂，调速范围较窄，一般恒转矩的调速范围为1：10左右低速时的速度不够稳定，有爬行现象。也有滚轮架是采用交流异步电动机拖动，变频调速。近几年随着晶体管变频器性能的完善以及价格的下降，采用交流电动机驱动，变频调速的滚轮架也日趋增多。其优点是调速范围宽，可达1：20，转动平滑性好，低速特性硬。缺点是低速段过载倍数降低较大，变频电源的价格也较高。但随着电动机额定功率的增加，价格上升则相对平缓，所以在重型焊接滚轮架上，采用交流异步电动机拖动和变频调速较为适合。本次设计的焊接滚轮架吨为40吨，采用直流电动机。焊接滚轮架的行业标准（JB/T9187-1999）中规定了不同吨位的焊接滚轮架的电动机最小功率,见表4.1. 表4.1滚轮架电动机最小功率选择功率P=2Kw，转数N=1310r/min，型号为Z4-100-1的直流电动机。4.2 传动比的确定4.2.1总传动比的计算根据焊接滚轮架行业标准（JB/T9187-1999），主动滚轮转速应该在6-10m/h之间无级可调，则滚轮转速： n= (4.1)由于直流电机次用降压调速，故，电动机转速只需被减速至0.505r/min就能满足要求，故，总传动比： i= (4.2)4.2.2传动比的分配分三级减速：第一级V带减速i1=3; 第二级减速器减速i2=35; 第三级蜗轮蜗杆减速i3=24。i1×i2×i3=2520，接近计算值2594，故可用。4.3 V带传动的结构设计(1)根据机械设计表8-7，取工况系数KA=1.0(2)计算功率 PC=KA×P=1.0×2.0Kw=2.0Kw (4.3)(3)PC=2.0Kw，n0=1310r/min，根据机械设计图8-11，选用Z型带(4)根据机械设计表8-6和表8-8，取小带轮直径d1=75mm(5)验算V带速度： ，一般为5-25m/s (4.4)(6)大带轮直径d2=i1d1=225mm，根据机械设计表8-8，取d2=224mm(7)从动轮转速n2=n0/i1=436r/min(8)初步确定中心距： 0.7（d1+d2）<a0<2（d1+d2） 209.3<a0<598 取a0=400mm(9)V带长度确定： (4.5) 根据机械设计表8-2，取Ld=1250mm(10)中心距的确定： (4.6) (11)验算包角： (4.7)(12)V带根数： 故选用5根Z型带。4.4减速器的选型根据传动比i2=35,选择泰兴减速机总厂有限公司生产的单机卧式摆线针轮减速机，型号为BW 15-35，输入轴颈18mm，输出轴颈35mm。4.5联轴器的选型联轴器的类型很多根据其是否包含弹件元件，可以划分为刚性联轴器和弹性联轴器两大类。刚性联轴器根据正常工作时是否允许两个半联轴器轴线产生相对位移又分为固定式刚性联袖器和可移式刚性联袖器。固定式刚性联轴器，要求被联接两轴轴线严格对中，因为它不能补偿两轴的相对位移。其常用类型有夹壳联轴器和凸缘联轴器等。可移式刚性联轴器可以通过两半联轴器间的相对运动来补偿被联接两轴的相对位移。其常用类型有十字滑块联轴器、齿轮联轴器和万向联轴器等。弹性联轴器包含有弹性元件，不仅具有吸收振动和缓解冲击的能力，而且能够通过弹性元件助变形来补偿两轴的相对位移。其常用类型有弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器和轮胎式联轴器等。根据以上特点，选择十字滑块联轴器，根据摆线针轮减速器输出轴的轴颈，选择镇江润骏机械有限公司生产的SL100型十字滑块联轴器。 表4.2联轴器选择名称公称扭矩范围轴径范围最大转速范围特点应用条件凸缘连轴器 102000010180140013000结构简单，成本低可传动较大扭距，但不等消除冲击。对所连两轴间的偏移缺乏补偿能力经常用于荷载平稳有轻度冲击的条件下，链接低速和刚性不大的两轴。NZ挠性爪型联轴器256001565380010000外形尺寸小，飞轮力矩小用于小功率，高转速，没用急剧冲击载荷的情况下十字滑块联轴器1202000015150100250结构紧凑，尺寸小，寿命长。但制造比较复杂无较大冲击，转速不高的，存在两轴径向相对位移时采用46蜗轮蜗杆传动的结构设计根据传动比i3=24，查机械设计表12-2 ,取Z1=2，则： Z2=i3·Z1=24×2=48根据机械设计表12-1，结合十字滑块联轴器输出轴颈为35mm，取d1=80mm,m=8,齿顶高系数ha*=1则：蜗杆直径系数： q= d1/m=10蜗轮分度圆直径： d2=m·Z2=8×48=384mm顶隙： c=（0.20.3）·m=1.62.4；取c=2.4齿顶高： ha=m=8mm齿根高： hf=ha*·m+c=10.4mm齿高： h=ha+hf=8+10.4=20.4mm蜗杆齿顶圆直径： da1=d1+2ha*m=96mm蜗杆齿根圆直径： df1=d1-2ha*m=74mm蜗轮喉圆直径： da2=（Z2+2ha*）m=400mm涡轮外径： df2<da2+1.5m=412mm;取400mm中心距： a=m（q+Z2）/2=232mm蜗杆长度： b1>(11+0.02Z2)m=106mm :取110mm涡轮轮缘宽度： B<0.75da1=72mm：取45m5 滚轮架其它零部件的设计与选择5.1轴的设计和校核以及轴承的选择5.1.1轴的设计校核轴主要是用来支承转动的机械零件，如齿轮、带轮等，并传递运动和动力。根据轴所受载荷的不同，可分为心轴、传动轴和转轴三种。只承受弯距作用的轴称为心轴。心轴可以是转动的，如火车的轮轴。也可以是固定的，如自行车的轮轴。传动轴是只传递转矩的轴。如联接汽车变速箱与后桥的轴。既承受弯矩又传递转矩的轴称为转轴。转轴是机器中最常见的轴，如齿轮减速箱中的轴均是转轴。此次设计的轴为转轴，即承受弯矩又传递转矩。轴在工作时常受到变应力的作用，其失效形式多为疲劳断裂。因此轴的材料首先应具有一定的疲劳强度，同时还应满足工艺性和经济性方面的要求。铀的常用材料主要是碳素钢和合金钢。碳素钢分普通碳素钢和优质碳素钢。常用的有35，40，45，50号优质碳素钢，其中以45号钢应用最普遍。与合金钢相比，碳素钢价廉，对应力集中的敏感性小。并且经过正火或调质等热处理后，其综合机械性能都会有很大改善相提高。本次设计的轴采用45号碳素钢，并进行调质处理。轴的结构设计就是要确定轴的合理外形和全部结构尺寸。影响轴结构的因素很多，如轴上载荷的大小、分布及性质，轴上零件的数目、类型、布置及固定方式，轴的加工和装配方法等。所以在设计时，要根据具体的工作情况，综合考虑各种影响因素，经济合理的确定结构。 图5.1 滚轮受力图当重量为G、其偏心距e=0的筒体焊件静置在主、从动滚轮座上时，则主、从动滚轮上的支反力相等，即 （5.1）式中 中心角； D焊件直径； Dr滚轮直径； L主、从动滚轮之间的横向距离；当即时， （5.2） （5.3）当即时， 当焊件的偏向距不为零时，在主动滚轮圆周力F1的作用下，逆时针转动，则焊件是受力情况如图2所示。图中F2是焊件借助摩擦力带动从动滚轮转动时，滚轮作用到焊件上的反力。此时 (5.4) (5.5) (5.6) (5.7)与主动滚轮轴搭配的轴承圆锥滚子轴承，故f=0.02，滚轮采用组合轮（钢轮与橡胶轮相结合），故=，橡胶面和钢轮面各占一半，故取=1.65。初定滚轮轴径 dr=85mm，则当时， = =当时， f=0.02=1.65初定滚轮轴径dr=85mm当时=通过比较上述两组计算结果，可发现第组的计算结果较大，故后续计算应采用第组的计算结果进行计算。由于同一列上的滚轮数量为2，即，所以载荷作用不均匀系数。则作用在一个主动滚轮上的载荷 设主动滚轮轴上两轴承中点间的距离L=360mm，则在的作用下，主动滚轮轴的弯曲力矩 由于是独立驱动的主动滚轮，所以每一轮轴所承受的扭矩 所以主动滚轮所受的当量弯矩主动滚轮轴的计算直径（该主动滚轮轴采用45钢制造，查机械设计P354其 安全系数取，则）d<dr=90，所以试设计成功。为了维修的方便，及简化设计工作，从动滚轮的轴径也取同一数值，即d、=90mm。5.1.2轴承的选择（1） 主从动滚轮轴轴承选择 由于主动和从动滚轮轴承受径向载荷很大，又要承受一定的振动，而轴向载荷较小，故选择调心滚子轴承。 调心滚子轴承具有两列滚子，主要承受径向载荷，同时也能承受任一方向的轴向载荷。有高的径向载荷能力，特别适用于重载或振动载荷下工作，但不能承受纯轴向载荷。该类轴承外圈滚道是球面形，故其调心性能良好，能补偿同轴度误差。 有两列对称型球面滚子，外圈有一条共用的球面滚道，内圈有两条与轴承轴线倾斜一角度的滚道，具有良好的调心性能，当轴受力弯曲或安装不同心时轴承仍可正常使用，调心性随轴承尺寸系列不同而异，一般所允许的调心角度为12.5度 ，该类型轴承的负荷能力较大，除能承受径向负荷外轴承还能承受双向作用的轴向负荷，具有较好的抗冲击能力，一般来说调心滚子轴承所允许的工作转速较低。根据轴承的尺寸，选择调心滚子轴承22218.（2）蜗杆轴承的选择由于蜗杆主要承受径向力，故选择圆锥滚子轴承。圆锥滚子轴承主要承受以径向为主的径、轴向联合载荷。轴承承载能力取决于外圈的滚道角度，角度越大承载能力越大。该类轴承属分离型轴承，根据轴承中滚动体的列数分为单列、双列和四列圆锥滚子轴承。单列圆锥滚子轴承游隙需用户在安装时调整；双列和四列圆锥滚子轴承游隙已在产品出厂时依据用户要求给定，不须用户调整。 圆锥滚子轴承有圆锥形内圈和外圈滚道，圆锥滚子排列在两者之间。所有圆锥表面的投影线都在轴承轴线的同一点相聚。这种设计使圆锥滚子轴承特别适合承受复合（径向与轴向负荷。轴承的轴向负荷能力大部分是由接触角决定的；角度越大，轴向负荷能力就越高。角度大小用计算系数e来表示；e值越大，接触角度越大，轴承承受轴向负荷的适用性就越大。 圆锥滚子轴承通常是分离型的，即由带滚子与保持架组件的内圈组成的圆锥内圈组件可以与圆锥外圈（外圈）分开安装。 圆锥滚子轴承广泛用于汽车、轧机、矿山、冶金、塑料机械等行业。根据轴的尺寸，选择圆锥滚子轴承32308.5.2机架的设计机架零件支撑着机器中的全部零件，保证组成机器的各零件处于正确的工作位置，承受各零件的作用力，并传递到基础上。每台机器都有各自的特殊功能，因而，为满足这些特殊要求，机架零件具有各自的结构形状。常见的机架结构形状可以分为以下几类：机座类：如各种机床的机身；底座类，如由电动机、减速器和卷筒组成的电动绞车的底座；箱体类，如速器的机体。 由于机架零件形状复杂，一般多采用铸件。铸铁因具有铸造性能好、价廉、吸收振动能力强及刚度高等特点，在机架零件中应用最广。受载情况严重的机架零件，可用铸钢。 对于结构简单、生产批量不大的大中型机架，常用由型钢和钢板焊接成的焊接件。它质量小，生产工期短，不同部件可用不同牌号的钢材。焊接的机架零件质量比铸造的可减轻40左右。为提高强度和刚度在接头处常焊以加强板和加强筋。为减少机械加工，应在机架上安装各部件的支承面处焊有钢板，以便区分加工面。焊后应热处理消除内应力。由于结构简单，生产批量不大，所以40吨焊接滚轮架的机架部分采用工字钢和钢板焊接而成。5.3键的选择为了减小轴在加工过程中所引起的应力集中，滚轮架各个轴上均选用A型键。根据与键配合的轴颈d及轮毂宽度B，查机械设计课程设计P107页可得该处所用的键的型号。从动滚轮与主动滚轮，d=110mm，B=280mm，查表，选择：25×180GB 1096-79同样的方法：涡轮键：20×50 GB 1096-79减速器皮带轮键：6×22 GB 1096-79电动机皮带轮键：8×25 GB 1096-795.4轴承端盖的设计根据轴承座孔（外圈）直径160mm由机械设计课程设计表46查得轴承端盖螺钉直径为d3=10mm，螺钉数目为6个。如图5.4.1所示，由机械设计课程设计P133页可知，D4=D-(1015mm) 得D4=145mmD0=D+2.5D3 D0=185mme=1.2D3 e=12 D2=D0+2.5D3 D2=210 轴承端盖、轴承透盖都是按照此尺寸设计，如图5.2。 图5.2 轴承端6 结论本文主要针对40T的组合式焊接滚轮架做了以下工作：（1）在传动系统的设计方面，做了电机、减速器、联轴器的选型，并对V带传动和蜗轮蜗杆传动做了设计计算。（2）根据设计题目的要求的焊件直径和重量，对焊接滚轮架的滚轮进行了设计，并确定了滚轮的中心距。（3）对轴、键等主要构件进行了校核并进行了机架和轴承端盖的设计。焊接滚轮架中心距可调，可适用于直径5005300mm的筒形工件焊接。额定载荷为40T,主要应用于薄壁轻型筒形工件的焊接，也可用于工件的装配，及焊接检验等工作。这次焊接滚轮架多采用标准件制造，机架多采用标准型钢制造，工艺简单，成本低廉，便于维护和保养，使用寿命长。而且具有结构简单，操作简易，运转稳定，并且可以根据焊件的特点任意组合等优点。后期工作中可以用电动机带动丝杠，来实现滚轮中心距的自动调节。参考文献1陈焕明 .焊接工装设计.北京：航空工业出版社， 2006.2李庆华.材料力学（第二版）.成都：西南交通大学出版社，2002.3成大先.机械设计手册（第四版）.北京：化学工业出版社，2002.4朱孝录.机械传动装置选用手册.北京，机械工业出版社，1999.5何鸣新.钱可强，机械制图（第四版）.北京：高等教育出版社，2001.6刘艳革. 焊接用自调式滚轮架设计 .化工机械，第2期P103，1998.7陈秀宁. 机械设计基础 （第二版）.杭州：浙江大学出版社，1999.8王政. 焊接工装夹具及变位机械性能、设计、选用.北京：机械工业出版社，2001.9唐金松. 简明机械设计手册.上海：上海科学技术出版社，1992.10王政、刘萍. 焊接工装夹具及变位机械图册.北京：航空工业出版社，1992.11陈秀宁. 机械设计课程设计.杭州：浙江大学出版社，1999.12何镜民.公差配合使用指南.北京：机械工业出版社，1990.13唐保宁、高学满.机械设计与制造简明手册.上海：同济大学出版社，1993.15 甘永立.几何量公差与检测. 上海：上海科学技术出版社，2005.16 方昆凡.公差与配合技术手册.北京：北京出版社，1999.17 张建中.何晓玲.机械设计基础课程设计.北京：高等教育出版社，2009.18 周开勤，唐蓉城，杨景蕙.机械设计实用手册.天津：天津科学技术出版社，1991.19 陈祝年.焊接夹具.北京：机械工业出版社，1985.20 赵丽玲.焊接专业英语.北京：机械工业出版社，2008.21 周浩森.焊接结构生产及装备.北京：机械工业出版社，1999.22 中国机械工程学会焊接学会.焊接手册.北京：机械工业出版社，1995.23 陈桂芬.机械制图与计算机绘图.西安：西安电子科技大学出版社，2006.24 梁俊有，李洪波.CAD工程设计.呼和浩特：远方出版社，2005.25 王政.焊接工装夹具及变位机械-性能·设计·选用.北京：机械工业出版社，2001.26Toby Chess. Properly Inspected Welding Equipment is Important for Safety, Performance. Automotive Body Repair News.2011.1.27E.S.Glibin.